某信息中心隔震分析設計

裴家明

【摘要】本文以實際工程為例，采用ETABS軟件對其進行隔震分析設計。分析表明，隔震結構的周期明顯增大，隔震層以上結構的地震作用顯著降低，層間位移主要集中在隔震層。

【關鍵詞】隔震結構；ETABS；橡膠隔震支座；罕遇地震

1、引言

隔震技術是一種新型安全有效的被動控制減震技術，已經應用于各類建筑中，取得了良好的減震效果。隔震設計是指在房屋基礎、底部或下部結構和上部結構之間設置由橡膠隔震支座和阻尼裝置等組成具有整體復位功能的隔震裝置，從而延長整個結構的自振周期，遠離場地卓越周期，減少輸入上部結構的水平地震作用，達到預期減震的要求[1]。

2、工程實例

2.1 工程概況

本工程為框架結構，抗震設防類別為重點設防類（乙類）。建筑總高度為14m，地上2層，地下為隔震層。結構設計使用年限為50年，場地類別為Ⅱ類，設計地震分組為第三組，地面粗糙度類別為B類，抗震設防烈度7度（0.1g）。

2.2 隔震支座的布置

根據(jù)《抗范》[2]和《橡膠支座 第3部分：建筑隔震橡膠支座》[3]中的要求，再由隔震支座廠家提供的支座參數(shù)（見表1），采用ETABS軟件對結構進行分析，確定結構采用直徑為700mm和900mm的橡膠隔震支座（其中LNR為普通橡膠隔震支座，LRB為鉛芯橡膠隔震支座）。

為了減小結構扭轉效應，將鉛芯隔震橡膠支座都布置在結構的周邊，并考慮抗風的要求，共布置了隔震支座24個，其中LRB700支座16個，LNR900支座8個，本工程隔震支座的平面布置圖見圖1。

圖1 隔震支座平面布置圖

2.3 抗風驗算

采用PKPM計算結構在風荷載作用時的剪力，其隔震層在風荷載作用下的剪力標準值為423kN，小于結構總重力的10%，滿足規(guī)范要求；根據(jù)表1，可計算出鉛芯橡膠支座的屈服荷載，則γwVwk=1.4×423=592.2kN

2.4 動力時程分析

采用ETABS建立模型，模型中梁、柱和樓板只考慮彈性，梁、柱采用桿單元，樓板采用膜單元，隔震支座則考慮非線性，橡膠支座采用塑性連接單元（Rubber isolator）模擬。

對非隔震結構和隔震結構進行反應譜分析，對比其抗震性能。由于反應譜計算只能在彈性范圍內進行，所以隔震支座在計算模型中只提供水平方向和等效線性阻尼；而對于非線性動力時程分析，隔震支座則定義為非線性連接屬性。

由表2可知，采用隔震結構后結構的周期明顯放大，因此反應譜計算中結構的地震作用會明顯減小。分別對非隔震結構和隔震結構進行動力時程分析，得到非隔震結構和隔震結構層間剪力比值最大值為0.308，因此隔震后結構地震作用的地震影響系數(shù)為0.308×0.08/0.8=0.0308，可按6度地震影響系數(shù)進行計算。根據(jù)《抗規(guī)》[2]，可知采用隔震技術后上部結構的抗震措施可降低1度設防進行設計，但由于本工程抗震設防類別為乙類，故抗震措施仍按7度設防。

2.5 罕遇地震作用分析

對隔震結構在罕遇地震作用下進行計算分析，其在罕遇地震作用時隔震層的最大水平位移為114mm，按《抗規(guī)》[2]要求，豎向隔離縫寬度不宜小于隔震層在罕遇地震作用下最大水平位移的1.2倍，且不小于200mm，因此隔震縫寬不應小于200mm；隔震支座容許位移：U=min{0.55d，3h}=min{0.55×900，3×180}=540（mm），式中d為隔震支座有效直徑；h為隔震支座橡膠層總厚度。因此，罕遇地震作用時隔震層最大水平位移114mm<540mm，滿足要求；通過對隔震結構各種工況下軸向力進行組合，可得到罕遇地震作用下隔震支座沒有出現(xiàn)拉力，滿足《抗規(guī)》[2]中隔震支座在罕遇地震作用下支座拉應力不應大于1MPa的要求。對隔震層支墩，驗算其在罕遇地震下的抗剪承載力，滿足規(guī)范要求。

3 結論

通過對比非隔震結構和隔震結構在抗震設防烈度7度（0.1g）地震作用下反應譜分析結果和設防地震作用下、罕遇地震作用下動力時程分析結果，可得出以下結論：

（1）隔震結構的基本周期是非隔震結構周期的3倍以上，通過延長結構周期減小了地震作用對隔震層以上結構的影響。

（2）非隔震結構與隔震結構層間剪力比值最大值為0.308，計算出隔震結構在多遇地震作用時地震影響系數(shù)為0.0308，可按6度地震影響系數(shù)進行計算。結構抗震措施按設防烈度為7度執(zhí)行。

（3）隔震層隔震縫寬度不應小于200mm。

（4）罕遇地震作用下，隔震支座受拉應力、隔震層支墩抗剪承載力滿足規(guī)范要求。

參考文獻

[1]周福霖.工程結構減震控制[M].北京，地震出版社，1997.

[2]GB50011-2010，建筑抗震設計規(guī)范[S].

[3]GB20688.3-2006，橡膠支座 第3部分：建筑隔震橡膠支座[S]